Машина Тьюринга, взлом немецкой «Энигмы» и начало эпохи искусственного интеллекта: история Алана Тьюринга

Сегодня искусственный интеллект — уже не фантазия писателей-футуристов, а вполне обыденная реальность. Первым человеком, заговорившим с машиной, был великий английский математик и логик Алан Тьюринг. Много лет спустя в его честь назвали премию по информатике, одним из самых знаменитых лауреатов которой стал создатель Всемирной паутины Тим Бернерс-Ли. По сей день Премия Тьюринга — самая престижная награда в области IT.

Дикий мед, авторучка и печатная машинка: детские годы Алана Тьюринга

Родители Алана, Юлиус Тьюринг и Сара Этель, жили в индийском городе Чхатрапур, штат Орисса. Юлиус был потомком древнего шотландского аристократического рода, Сара же — представителем англо-ирландского дворянства. Отец Тьюринга работал в Индийской гражданской службе. Узнав, что они ждут пополнение, супруги решили переехать в Англию, чтобы дать ребенку хорошее и стабильное образование. Признаки гениальности Алан выказывал с самого раннего детства: в шесть лет он самостоятельно овладел чтением за три недели, научился считать порядковые номера фонарных столбов, а годом позже во время семейного пикника догадался, как можно добыть дикий мед.

Шестилетний Алан начал свое обучение в школе Святого Михаиле в Гастингсе. Директор сразу отметила неординарные способности юного ученика. Любовь к науке началась, как ни странно, с книги — Тьюрингу подарили энциклопедию «Чудеса природы, о которых должен знать каждый ребенок». Впечатление от прочитанного было таким ярким, что Алан собрал собственную модель авторучки и даже настоящую печатную машинку!

«‎Вы нам не подходите»: как юный гений Алан Тьюринг не прижился в престижной школе

Когда мальчику исполнилось 13 лет, он перешел в престижную частную школу Шерборн в графстве Дорсет. Первый учебный день Тьюринга ознаменовался крупнейшей в истории британского рабочего движения Всеобщей забастовкой 1926 года. Страна оказалась парализована, и Алану пришлось проехать на велосипеде около 100 километров из Саутгемптона в Шерборн и по пути даже переночевать в гостинице.

Несмотря на рвение к учебе, со школой Шерборн у юноши не заладилось. Одноклассники часто дразнили молчаливого и неуклюжего «‎чудилу», а учителя никак не поддерживали математические увлечения Алана — в учебном заведении делали ставку на гуманитарные дисциплины. В письмах к родителям Тьюринга директор школы писал: «Я надеюсь, что он не будет пытаться усидеть на двух стульях разом. Если он намеревается остаться в частной школе, то он должен стремиться к получению "образования". Если же он собирается быть исключительно "научным специалистом", то частная школа для него — пустая трата времени».

Впрочем, Тьюринг и сам напрочь игнорировал все, что не представляло для него интереса. Однако его успехи в математике были невероятными — Алан сам вывел представление тригонометрической функции в виде десятичного ряда с использованием чисел Бернулли. И это несмотря на то, что ему не преподавали даже основ математического анализа!

Как бы там ни было, школа все же оставила Тьюрингу подарок — там он познакомился со своим близким другом Кристофером Моркомом. В 1930 году Кристофер скончался от осложнения бычьего туберкулеза. Смерть друга сильно изменила мировоззрение Алана, и он стал атеистом.

Университетские годы и машина Тьюринга

Кое-как окончив школу и отделавшись от обязательных гуманитарных предметов (будущий ученый их совсем не любил), Алан Тьюринг стал студентом Кембриджского университета и наконец смог посвятить математике всего себя. Уже в 1934 году, когда молодому человеку было всего 22 года, он защитил диссертацию по теме: «‎Центральная предельная теорема теории вероятности» и стал профессором. Именно тогда он придумал свою легендарную машину Тьюринга.

Дело в том, что в ту пору математики в подавляющем большинстве использовали десятичную систему счисления. Тьюринг же представил первую математическую модель универсальных вычислений на основе двоичного кода. Машина Тьюринга — абстрактное устройство, некий мысленный эксперимент, решающий проблему математической логики. В основе машины лежат три элемента:

• лента с ячейками бесконечной длины;
• головка для чтения и записи символов;
• программа.

Принцип работы таков: головка может прочесть содержимое ячейки, стереть или перезаписать его, а также сдвинуться вправо или влево от исходной ячейки и повторить процедуру. Действие пишущей головки определяется программой, и вот тут начинается все самое интересное. Программа существует в виде таблицы. Есть внешний и внутренний алфавиты, а также таблица переходов между ними. Внешний алфавит — это буквы или символы, их конечное множество, а внутренний — это конечное множество состояний самой головки. Переходная таблица определяет поведение головки. Действие, которое должна выполнить головка, находится на пересечении внешнего и внутреннего алфавитов.

Так появилась возможность не просто общаться с машиной на ее языке, но и договариваться с ней о выполнении определенной последовательности действий. Иными словами, так родилось искусство программирования. Универсальность и гениальность машины Тьюринга были в том, что с ее помощью можно было вычислить все, что в принципе возможно вычислить. По сей день машина Тьюринга — основной полигон исследований теории алгоритмов.

В июне 1938 года Алан Тьюринг защитил докторскую диссертацию по теме: «Логические системы, основанные на ординалах», где расширил исследовательские способности своей первой модели машины Тьюринга. Устройство могло бы проявить себя тысячами способов, однако свою главную роль машина сыграла во время Второй мировой войны.

Криптоанализ и взлом немецкой шифровальной машины: как Алан Тьюринг сократил длительность Второй мировой войны

С 1928 года немецкую армию активно снабжали шифровальными машинами Enigma, шифры которых долгое время никто не мог разгадать. Все попытки в конечном итоге оказывались проваленными — немецкие криптографы успевали наращивать количество комбинаций символов в новых моделях машин. К решению задачи подключился Алан Тьюринг. Разумеется, над взломом «‎Энигмы» работала целая команда выдающихся британских математиков, однако именно вклад Тьюринга сместил чашу весов.

Алан внимательно изучил результаты усилий своих предшественников и сделал простой вывод — их метод не сработает уже никогда. Тьюринг придумал собственный, абсолютно новаторский метод. Несколько попыток и наконец «‎Энигма» сдалась.

Тест Тьюринга и мыслящая машина: как появился искусственный интеллект

С 1945 по 1947 год Алан Тьюринг интенсивно работал над ACE (Automatic Computing Engine) — первым британским компьютером. В работе ученого, представленной 19 февраля 1946 года, содержалось первое подробное описание компьютера, в памяти которого хранилась программа.

В своей работе «Вычислительные машины и разум», опубликованной в журнале Mind в октябре 1950 года, Тьюринг заговорил о проблеме искусственного интеллекта. Он первым предположил, что однажды интеллектуальные способности машины достигнут уровня человеческих. В статье содержался важнейший вывод: попытки создать имитацию разума взрослого человека бессмысленны, гораздо проще начать с уровня разумности маленького ребенка, а потом постепенно его обучать. Все как у людей!

По мнению ученого, машину можно считать мыслящей, если человек, общающийся с ней, не сможет определить, что его собеседник — это машина. Позже этот эксперимент получил название тест Тьюринга, а сегодня стал использоваться для оценки гибкости современных моделей на основе искусственного интеллекта.

Воровство, обвинения в непристойности и сказка о Белоснежке: смерть Алана Тьюринга

После Тьюринг перебрался в небольшой городок недалеко от Манчестера. Там с ученым случился инцидент — его дом обворовали. Преступники не забрали ничего ценного — лишь пару брюк, рубашку и компас. Это событие сильно встревожило Алана, и он обратился в полицию. В ходе расследования в доме математика были обнаружены многочисленные доказательства его принадлежности к нетрадиционной сексуальной ориентации, что в Великобритании тогда считалось уголовным преступлением. Тьюрингу предъявили обвинение в непристойности и поставили перед выбором: лишение свободы или химическая кастрация. Ученый выбрал второе.

Спустя год после окончания курса гормональной терапии, 8 июня 1954 года, Алан Тьюринг был найден мертвым в своем доме в Уилмслоу. Согласно результатам вскрытия, причиной смерти было отравление цианидом. При осмотре спальни на прикроватном комоде было обнаружено надкушенное яблоко, но экспертиза на содержание цианида в фрукте не проводилась. По официальной версии следствия, ученый покончил жизнь самоубийством. Алан Гарнер, друг Тьюринга, предполагал, что математик воссоздал сцену с отравленным яблоком из мультфильма о Белоснежке — экранизации своей любимой сказки. В 2013 году Алан Тьюринг был посмертно помилован королевой Елизаветой II.

Алан Тьюринг не просто дал жизнь языкам программирования, искусственному интеллекту и машинному обучению. Он смог выстроить мост взаимопонимания между человеком и компьютером, по которому мы ходим до сих пор. И будем ходить еще очень долго!